(57)【要約】【課題】  カソード触媒層に吸着しているコンタミ成分を効果的に除去する。【解決手段】  電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御方法であって、前記燃料電池の起動処理を開始する段階と（Ｓ１）、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給する段階と（Ｓ２）、前記燃料電池のカソードに所定の電位を印加する段階と（Ｓ３）、前記カソードに所定の電位を一定時間印加した後に前記燃料電池の起動処理を終了する段階（Ｓ４）とを含む。【選択図】            図４
2007066582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池の起動処理を開始する段階と、
前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給する段階と、
前記燃料電池のカソードに所定の電位を印加する段階と、
前記カソードに所定の電位を一定時間印加した後に前記燃料電池の起動処理を終了する段階と、
を含むことを特徴とする燃料電池の制御方法。
【請求項２】
前記アノードガスを供給する段階は、
前記アノードガスをアノードの流路に所定の流量で一定時間供給を継続することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項３】
前記アノードガスをアノードの流路に供給する時間は、カソードに設けられている触媒金属の量に応じて定められることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項４】
前記アノードガスを供給する段階は、
前記アノードの流路における前記アノードガスの濃度が所定の濃度になるまで継続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項５】
前記アノードガスを供給する段階は、
前記アノードの流路の供給側における濃度と前記アノードの流路の排気側における濃度との比が所定値以上になるまで継続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項６】
前記所定の電位は、前記燃料電池の発電時とは逆極性の電位であり、１つのセル当たり０．９〜１．２ボルトであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項７】
前記カソードに触媒担体としてカーボンを使用する場合、当該カーボンは、ｄ００２格子面間隔が３．３６〜３．６０Åであり、ＢＥＴ比表面積が２０〜８５０ｍ２／ｇのものを使用することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項８】
前記アノードガスを供給する段階の後に、
前記アノードの流路の排気側を遮断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
【請求項９】
前記所定の電位を印加する段階の後に、
前記アノードの流路の排気側を開放する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１０】
起動処理を終了する段階の後に、
前記アノードにアノードガスを供給すると共に前記カソードにカソードガスを供給して燃料電池を運転する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１１】
電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御装置であって、
前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、
前記燃料電池のカソードに指示された電位を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段に所定の電位を指示する一方前記電圧印加手段を一定時間動作させる制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池の制御装置。
【請求項１２】
前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出手段をさらに有し、前記制御手段は前記電圧印加手段に、検出されたセル電圧をフィードバックしながら前記カソードに印加させる電位を指示することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記アノードガスをアノードの流路に所定の流量で一定時間供給した後に、前記電圧印加手段を動作させることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１４】
前記アノードの流路の排気側に設けられた排気流路に流れているアノードガスの濃度を検出する濃度検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、検出される前記アノードガスの濃度が所定の濃度になった後に、前記電圧印加手段を動作させることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１５】
前記アノードガスの流路の供給側に設けられた供給経路に流れているアノードガスの濃度を検出する供給濃度検出手段と、前記アノードガスの流路の排気側に設けられ排気流路に流れているアノードガスの濃度を検出する排気濃度検出手段と、をさらに有し、
前記制御手段は、検出される前記アノードガスの供給流路における濃度と前記アノードガスの排気流路における濃度との比が所定値以上になった後に、前記電圧印加手段を動作させることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１６】
前記アノードガスの排気流路を遮断する遮断手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記アノードガスをアノードの流路に所定の流量で一定時間供給した後に、さらに前記遮断手段を動作させることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１７】
前記アノードガスの排気流路を遮断する遮断手段をさらに有し、
前記制御手段は、検出される前記アノードガスの濃度が所定の濃度になった後に、さらに前記遮断手段を動作させることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１８】
前記アノードガスの排気流路を遮断する遮断手段をさらに有し、
前記制御手段は、検出される前記アノードガスの供給流路における濃度と前記アノードガスの排気流路における濃度との比が所定値以上になった後に、さらに前記遮断手段を動作させることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項１９】
前記制御手段が指示する電位は、前記燃料電池の発電時とは逆極性の電位であり、セル当たり０．９〜１．２ボルトであることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項２０】
前記セル電圧は、前記アノードと前記カソードとから構成されるすべてのセルのセル電圧を検出するか、または、任意の数のセルのセル電圧を検出するかのいずれかであり、
前記制御手段は、すべてのセルの電位が指示した電位になるように、または任意の数のセルの電位が指示した電位になるように、前記電圧印加手段に指示する電圧を制御することを特徴とする請求項１１または１２に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれかの燃料電池の制御装置を搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の制御方法およびその制御装置並びにその制御装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が車両用駆動源および定置型電源として注目されている。燃料電池は、電解質の種類や電極の種類等により種々のタイプに分類され、代表的なものとしてはアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型がある。この中でも自動車用低公害動力源としては、あまり温度を上げずに（通常１００℃以下）作動可能な固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が注目を集めており、実用化に向けて開発が進められている。ＰＥＦＣが自動車用低公害動力源として実用化されるためには、長期間に渡る耐久性を備えることが必須の条件となっている。
【０００３】
ＰＥＦＣの構成は、一般的には、膜−電極接合体（以下、「ＭＥＡ」とも記載する）をセパレータで挟持した構造となっている。ＭＥＡは、一般的には、ガス拡散層、カソード触媒層、固体高分子電解質膜、アノード触媒層、およびガス拡散層が積層した構造を有する。電池反応は、触媒、触媒を担持する担体、およびアイオノマー（イオン伝導性高分子）からなる触媒層において進行する。
【０００４】
長期間にわたって連続運転したり、起動、停止を頻繁に繰り返したりすると、触媒、担体、およびアイオノマーからなる三相構造は、カーボン腐食やアイオノマー分解劣化を起こし電極構造が変化する。電極構造が変化すると、ガスの拡散性及び生成水の排出性が低下して、発電性能が低下してしまう。また、電極構造が変化すると、電池の耐久性低下の原因ともなる。特に、固体高分子電解質膜とカソード触媒層との界面付近では、酸化還元反応が生ずることから、カーボンの腐食や触媒金属（たとえば白金）の固体高分子電解質膜への溶出が生じやすく、ＰＥＦＣの発電特性の低下、ＰＥＦＣの耐久性低下の原因となる。したがって、触媒層の劣化を防止することは、ＰＥＦＣの耐久性を高める上で重要な課題となっている。
【０００５】
このため、触媒層の耐久性を高める技術として、例えば、下記特許文献１に記載されているように、燃料電池の起動時に、セル当りの出力電圧を強制的に０ボルト以上０．３ボルト以下に１〜１０秒間低下させることによって触媒金属の活性を回復させようとするものが提案されている。
【特許文献１】特許第３４６０７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、このような従来の技術では、アノード触媒層の被毒回復対策としては有効ではあるが、カソード触媒層の被毒回復対策としてはあまり有効ではないという問題がある。  また、このような従来の技術では、ＰＥＦＣが発電を行ってない状態（停止状態）から必要以上に低電圧（高電流密度）で起動させることになるため、触媒金属に局所的な電流の集中が生じ、局所的な触媒劣化が生じる可能性があるという問題もある。
【０００７】
さらに、ＰＥＦＣの使用履歴や保管環境の相違によって触媒金属の回復条件（温度、電圧、時間）が異なるにもかかわらず、一律の条件で活性を回復させようとするため、均一な回復を望むことができず、回復度合いにむらが生じてしまうという問題もある。
ＰＥＦＣに供給する酸化剤ガスとして大気を用いる場合には、燃料電池の停止時、またはその使用環境によってはアノード触媒層ばかりではなくカソード触媒層も汚染物（コンタミ）が吸着し、それによってカソード触媒層が被毒される。ＰＥＦＣの発電性能は主にカソード触媒層の性能に依存していることから、アノード触媒層の多少の被毒は発電性能に影響を与えないが、カソード触媒層の被毒は発電性能にダイレクトに影響を与える。そのため、カソード触媒層にコンタミが付着して被毒する、いわゆるコンタミ被毒を防ぐと共に、カソード触媒層がコンタミ被毒したときのリカバリー対策が必要である。
【０００８】
カソードはアノードよりも高電位であるため、カソード触媒層のコンタミ被毒はＰＥＦＣにおける通常の運転条件内でも十分に抑制が可能であるが、コンタミ成分の種類によっては通常の発電運転でのカソード電位のダイナミックレンジ内では酸化除去できないものがある。
【０００９】
カソード触媒層のコンタミ成分の酸化除去のためにカソードを高い電位にすると、カソードの触媒を担持している担体カーボンの酸化腐食が起こる可能性があり、その酸化腐食が起こると担持触媒の脱落を招く場合があり、回復不可能な劣化が生じるため、あまり高い電位を印加してコンタミ成分の酸化除去を行うことは避けなければならない。  本発明は、このような従来の技術の問題点に鑑みて成されたものであり、ＰＥＦＣの発電を開始する前に、カソード触媒層に吸着しているコンタミ成分を効果的に除去することにより、触媒金属の活性を回復させ、初期の発電性能を長期間にわたって維持することができる、燃料電池の制御方法およびその制御装置並びにその制御装置を搭載した車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池の制御方法は、電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御方法であって、前記燃料電池の起動処理を開始する段階と、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給する段階と、前記燃料電池のカソードに所定の電位を印加する段階と、前記カソードに所定の電位を一定時間印加した後に前記燃料電池の起動処理を終了する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池の制御装置は、電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御装置であって、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、前記燃料電池のカソードに指示された電位を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段に所定の電位を指示する一方前記電圧印加手段を一定時間動作させる制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するための本発明に係る車両は、請求項１１〜２０のいずれかの燃料電池の制御装置を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように構成された本発明に係る燃料電池の制御方法によれば、発電開始前の停止中にカソード触媒層のコンタミ被毒を完全に取り除くことができ、初期の発電性能を長期間にわたって維持することができる。
【００１４】
また、以上のように構成された本発明に係る燃料電池の制御装置によれば、発電開始前の停止中にカソード触媒層のコンタミ被毒を完全に取り除くことができ、初期の発電性能を長期間にわたって維持することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る燃料電池の制御装置を搭載した車両によれば、長期に渡り安定した性能を発揮する車両を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置並びにその制御装置を搭載した車両について、第１実施形態〜第６実施形態に分けて、図面を参照しながら詳細に説明する。
これらの実施形態の説明をする前に、本発明の理解を容易なものとするために、燃料電池スタックの全体構成について簡単に説明しておく。図１は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図であり、図２は、燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。
【００１７】
図１に示すように、燃料電池スタック１は、アノードガスとカソードガスの反応により起電力を生じる単位電池としてのセル２を所定数だけ積層して積層体３とされ、その積層体３の両端に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、該積層体３の内部に貫通した貫通孔（図示は省略する）にタイロッド７を貫通させ、そのタイロッド７の端部にナット（図示は省略する）を螺合させることで構成されている。
【００１８】
この燃料電池スタック１においては、アノードガス、カソードガスおよび冷却水をそれぞれ各セル２のセパレータ（図示は省略する）に形成された流路溝に流通させるためのアノードガス供給口８、アノードガス排出口９、カソードガス供給口１０、カソードガス排出口１１、冷却水供給口１２および冷却水排出口１３を、一方のエンドプレート６に形成している。
【００１９】
アノードガスは、アノードガス供給口８より供給されてセパレータに形成されたアノードガス供給用の流路溝を流れ、アノードガス排出口９より排出される。カソードガスは、カソードガス供給口１０より供給されてセパレータに形成されたカソードガス供給用の流路溝を流れ、カソードガス排出口１１より排出される。冷却水は、冷却水供給口１２より供給されてセパレータに形成された冷却水供給用の流路溝を流れ、冷却水排出口１３より排出される。
【００２０】
セル２は、図２に示すように、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）とも称する。）１４と、このＭＥＡ１４の両面にそれぞれ配置されるセパレータ１５とから構成される。以下、ＭＥＡ１４のアノード側に配置されるセパレータ１５を、アノードセパレータ１５Ａと称し、カソード側に配置されるセパレータ１５をカソードセパレータ１５Ｂと称する。
【００２１】
ＭＥＡ１４は、例えば水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜１４１と、アノード触媒層１４２Ａとガス拡散層１４３Ａからなるアノードとしてのアノード電極１４４Ａと、電極触媒である触媒金属としてのカソード触媒層１４２Ｂとガス拡散層１４３Ｂからなるカソードとしてのカソード電極１４４Ｂとからなる。ＭＥＡ１４は、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂによって、固体高分子電解質膜１４１をその両側から挟み込んだ積層構造とされている。
【００２２】
セパレータ１５は、板厚の薄い金属板を金型で所定形状に成形することにより形成される。セパレータ１５は、図に示すように、発電に寄与するアクティブ領域（ＭＥＡ１４と接する中央部分の領域）に、凸条部１６と凹条部１７を交互に形成した凹凸形状（いわゆるコルゲート形状）を有している。
【００２３】
ＭＥＡ１４のアノード電極１４４Ａ側に接して配置されるアノードセパレータ１５Ａの凸部１６Ａと凹部１７Ａは、ＭＥＡ１４との間にアノードガス（水素；Ｈ２）を流通させる流路溝となりアノードガス流路（アノードの流路）１８を形成する。一方、ＭＥＡ１４のカソード電極１４４Ｂ側に接して配置されるカソードセパレータ１５Ｂの凸部１６Ｂと凹部１７Ｂは、ＭＥＡ１４との間にカソードガス（酸素；Ｏ２）を流通させる流路溝となりカソードガス流路（カソードの流路）１９を形成する。  アノードガス流路１８に水素を、カソードガス流路１９に酸素を、それぞれ流通させると、水素はアノード触媒層１４２Ａの触媒作用で水素イオンに変わり電子を放出する。電子を放出した水素イオンは固体高分子電解質膜１４１を通過する。カソード触媒層１４２Ｂでは固体高分子電解質膜１４１を通過してきた水素と外部回路（図示せず）を経由してきた電子が酸素と反応して水を生成する。この作用によってアノード電極１４４Ａがマイナスに、カソード電極１４４Ｂがプラスになり、図２に示すように、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間で直流電圧が発生する。
【００２４】
本明細書では、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間に現れる電圧をセル電圧と称し、セル電圧は、セル電圧検出手段として機能するセル電圧計２０によって検出される。なお、セル電圧は、燃料電池スタック１を構成する全てのセルから検出するようにしても良いし、燃料電池スタック１を構成するセルの内の複数の代表的なセルのみから検出するようにしても良い
本発明においては、燃料電池の運転を開始する前に、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間に触媒金属である白金に付着したコンタミ成分を除去するための電位を与えるが、その電位は燃料電池の発電時とは逆向きの電位であるので、電子はカソード電極１４４Ｂからアノード電極１４４Ａに向かって流れる。適切な大きさの電位を与えるとコンタミ成分が除去されて白金の活性が回復されることから、燃料電池の起動時にセル電圧を調整している。
【００２５】
以下に、第１実施形態から第６実施形態に分けて本発明に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置を具体的に説明する。
［第１実施形態］
図３及び図４は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図３は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図４は図３に示した制御装置の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
【００２６】
本実施の形態に係る燃料電池の制御装置は、図３に示すように、アノードガス（水素）とカソードガス（酸素）との供給によって発電する燃料電池スタック１、燃料電池スタック１を構成する全セルのセル電圧を検出するセル電圧計２０、燃料電池の起動処理が開始されてから終了するまでの間、各セルのカソード電極１４４Ｂ（図２参照）に所定の電位（０．９ボルト〜１．２ボルト）を印加する電圧印加部２１、カソードガスの流量を調整する流量調整器２２、アノードガスの流量を調整する流量調整器２３、セル電圧計２０によって検出されたセル電圧をフィードバックし、各セルのカソードに印加させる電位を電圧印加部２１に指示すると共に流量調整器２２、２３の動作を制御する制御部２４を備えている。
【００２７】
燃料電池スタック１には電極触媒として触媒金属が用いられている。具体的にはカソード電極１４４Ｂのカソード触媒層１４２Ｂ（図２参照）に白金が用いられている。
【００２８】
セル電圧計２０は、燃料電池スタック１を構成する全てのアノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出手段として機能する。
【００２９】
電圧印加部２１は、燃料電池スタック１を構成する各セルのカソード電極１４４Ｂに、制御部２４で指示された電位を印加する電圧印加手段として機能する。制御部２４が指示する電位は、燃料電池スタック１の発電時とは逆極性の電位であり、１つのセル当たり０．９〜１．２ボルトの電位である。
【００３０】
カソード電極１４４Ｂには触媒として作用する白金を担持させるためのカーボンを使用しているが、触媒担体としてカーボン材料を用いる場合、カーボン腐食が起こると担持した触媒が脱落し、回復不可能な劣化を引き起こしてしまう。本発明の高電位印加処理ではカーボン腐食はほとんど起こらない電位で実施するが、カーボン担体は発電性能を低下させない範囲でより腐食耐性の高いものが望ましい。一般にカーボンの黒鉛化度が高いほど高い腐食耐性が期待できるが、高黒鉛化度カーボンの中には比表面積が小さいことや表面物性に依存して触媒の高分散担持が困難な場合がある。このようなカーボン担体では担持した触媒量に対して触媒活性を十分に得られない。このため、本発明では、カーボンは印加される電位に耐えられるように、そのカーボンのｄ００２格子面間隔が３．３６〜３．６０Åのものを採用し、またそのカーボンのＢＥＴ比表面積が２０〜８５０ｍ２／ｇであるものを使用する。このようなものを用いるのは、カーボンにとっては高電位である０．９〜１．２ボルトという電位に耐えることができるようにするためであり、その電位によってカーボンの酸化腐食が進行し、それによって担持されている白金が脱落し、結果として燃料電池スタック１の発電性能が低下することのないようにするためである。本実施の形態では高電位に耐えることができる、比較的酸化されにくいグラファイト化カーボンブラックやアセチレンブラックを用いることでカーボンの腐食を防いでいる。
【００３１】
流量調整器２３は、燃料電池スタック１のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給手段として機能する。流量調整器２３は、アノードガスの供給量を計測する機能を有している。
【００３２】
制御部２４は制御手段として機能するものであって、燃料電池の起動信号が入力されたときに、流量調整器２３を開いて燃料電池スタック１にアノードガスを供給し、アノードガスをアノードの流路に所定の流量で一定時間供給した後に電圧印加部２１を動作させ、セル電圧計２０で検出されるセル電圧を見ながら、電圧印加部２１に所定の電位の印加を指示するとともに電圧印加部２１を一定時間動作させる。
燃料電池の停止時には、燃料電池スタック１のカソードガス流路１９内に酸素が残留した状態であり、高電位になっているためカソード電極１４４Ｂの白金の一部が酸化されたり、コンタミ被毒を受けたりする。コンタミ被毒は燃料電池の発電性能を低下させるばかりでなく、燃料電池の寿命にも大きな影響を与える。
【００３３】
このため、本実施の形態では、以上のように構成された燃料電池の制御装置を用いて、カソード電極１４４Ｂの白金に吸着したコンタミ成分を取り除き、白金の酸素還元活性の向上を目指す、起動時の高電位印加処理を行っている。
【００３４】
図４にしたがって、本実施の形態の高電圧印加処理の手順を詳細に説明する。  まず、制御部２４が外部装置（図示せず）から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部２４は燃料電池の起動処理を開始する（Ｓ１）。制御部２４は流量調整器２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始する。制御部２４には予めアノードガスの供給時間が設定されており、制御部２４はその供給時間（一定時間）だけ流量調整器２３を開く。供給時間は、燃料電池スタック１のアノードガス流路１８の体積を単位時間当たりのアノードガス流量で割ることによって求めることができる。また、供給時間は、燃料電池スタック１のカソード電極１４４Ｂが備える白金（触媒金属）の量を勘案して定めるようにしても良い。
【００３５】
このようにアノードガス流路１８（図２参照）をアノードガスで満たすようにしているのは、カソード電極１４４Ｂに高電位印加処理をするに当たり、アノード電極１４４Ａを参照極（０ボルト電位）とするためである。高電位印加処理を行うとき、アノードガス流路１８（図２参照）が一部空気で置換されたような状態になっていると、アノード電極１４４Ａの電位はカソード電極１４４Ｂの電位に近い電位（１Ｖ程度）になっていると考えられ、この状態で各セルに高電位を印加すると、カソード電極１４４Ｂの絶対電位は著しく高くなる。カソード電極１４４Ｂの電位が高くなりすぎると、触媒の溶出やカーボン腐食を招き、著しくカソード電極１４４Ｂ触媒を劣化させてしまうことから、必ずアノードガス流路１８をアノードガスで満たすようにしているのである。このため、アノードガス流路１８がアノードガスで完全に置換されるまで燃料ガスを供給し続ける（Ｓ２）。
【００３６】
制御部２４は、供給時間が経過したら高電位印加処理を開始する。つまり、制御部２４は、カソード電極１４４Ｂにたとえば１つのセル当たり０．９ボルトの電位を印加すべき指示を電圧印加部２１に出力し、電圧印加部２１は、その指示を受けて燃料電池スタック１に発電時とは逆極性の電位を印加する。たとえば、燃料電池スタック１が１００セルで構成されていたとすれば、電圧印加部２１は０．９×１００＝９０ボルトの電圧を燃料電池スタック１のプラストとマイナスの電極間に印加する。電位はカソード電極１４４Ｂが高くアノード電極１４４Ａが低い（０ボルト）ので、電子はカソード電極１４４Ｂからアノード電極１４４Ａに向かって流れる。これによってカソード電極１４４Ｂの白金に吸着されているコンタミ成分が酸化または溶解されて除去され、同時に白金が酸化される。カソード電極１４４Ｂの触媒を被毒するコンタミ成分としては大気由来の硫黄化合物や有機化合物、海塩成分、金属成分などが考えられるが、いずれがどの程度の影響を与えているのかは現在のところ必ずしも明らかではない。したがって、電圧印加部２１は、カソード電極１４４Ｂのコンタミ被毒の具合に応じ、各セルに印加する電圧を０．９ボルトから１．２ボルトの間で調整する。なお、万が一高電位印加処理でコンタミ成分が完全に除去されていなくとも、発電時に白金が還元される際にコンタミ成分は除去できる。高電位印加処理を行っている最中、制御部２４はセル電圧計２０が検出した電圧をフィードバックし、セル電圧を０．９ボルトに維持するために、電圧印加部２１への電圧を指示し、電圧印加部２１から各セルに流し込む電流を制御する。セル電圧の検出は、燃料電池スタック１を構成するすべてのセルについて行っても良いし、１つあるいは幾つかの代表セルに対して行っても良い。以上の作用によって、強固に吸着していたコンタミ成分も完全に除去されることとなり、燃料電池スタック１が初期の発電性能を維持することができる。なお、カソード電極１４４Ｂを高電位にすることで白金の溶出が懸念されるが、高電圧印加処理の行われる時間が短時間であるため、この処理が行われることによって生ずる白金の溶出は認められず、コンタミ被毒の除去効果の方が上回る。
【００３７】
高電圧印加処理が行われる時間はコンタミ被毒の程度にもよるが、１分以内で十分な効果を得ることができる。
起動時、高電位印加処理に時間を費やすことは、発電開始までに時間が掛かるため不便であり、その間に燃料であるアノードガスを消費するため、より短時間で高電位印加処理を完了することが望ましい。処理時間はカソード触媒の実表面積と幾何電極面積の比で定義されるラフネスファクターに応じて次の式から算出される時間行えば十分である。  ｔ＝αＲ
ここで、ｔは高電圧印加の処理時間（ｓｅｃ）、
αは定数であり０．００１〜１の範囲、
Ｒはカソード触媒実表面積（ｃｍ２）／（カソード幾何電極面積（ｃｍ２）で定義されるラフネスファクターである。
【００３８】
高電圧印加処理の時間を規定するのは、触媒表面に吸着した単層分のコンタミ成分を酸化除去できればよいと考えられるからであり、高電位を印加することにより流れる逆電流の電流密度との関係から上記処理時間であらゆる触媒種に対して十分にコンタミ成分を取り除けると考えられるからである。処理時のセル電圧は０．９Ｖ以上であると酸化されないコンタミの除去が十分になり、１．２Ｖ以下であると腐食耐性の高い担体カーボンを使用している場合にもカーボン腐食による回復不可能な触媒劣化の心配がないからである。このような理由から、本発明では、高電圧印加処理時、カソード電極１４４Ｂの電位を０．９ボルトから１．２ボルトを適正範囲としている。  なお、カソードが高電位になることにより、懸念されるカーボン腐食は水を含む反応により起こる。水の存在量が少なければ、カーボン腐食の進行をより抑制することが出来る。つまり、高電位印加処理では積極的にカソードを加湿しないことが望ましい。コンタミの酸化生成物を除去するためにカソードを加湿していないガスでパージしても良い。
【００３９】
制御部２４は、カソード電極１４４Ｂに所定時間、規定の高電圧を印加したら、高電圧印加処理を終了する（Ｓ４）。
【００４０】
制御部２４は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器２２、２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始すると共にカソードガス（酸素含有ガス）の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する（Ｓ５）。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、燃料電池の運転を行う前に、金属触媒からコンタミ成分を取り除き、燃料電池の発電性能の劣化防止と耐久性の向上を図っているが、高電位印加処理は起動時には毎回行っても良いし、ある一定割合で劣化が進行した後の起動時にのみ行っても良い。
［第２実施形態］
図５及び図６は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図５は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図６は図５に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
【００４２】
第１実施形態と第２実施形態とでは、図５において、アノードガスの排気流路に、排気流路に流れているアノードガスの濃度を検出する濃度検出器２５を設けている点だけが異なっている。なお、濃度検出器２５は濃度検出手段として機能するものである。その外の構成要素は図３と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。
【００４３】
本実施形態で濃度検出器２５を設けているのは、次のような理由からである。
【００４４】
燃料電池の停止時にアノードガス流路に残留するガスが大気と置換されたような場合、アノード電極とカソード電極の電位はほぼ等しくなってしまい、その絶対電位は約１Ｖ前後になると考えられる。この状態で高電位印加処理を行うと、カソード電極の絶対電位は著しく高電位になってしまうため、致命的なカソード触媒劣化を招く。第１実施形態のように、アノード流路体積とアノードガス流量とアノードガス供給時間とからアノードガス流路のガス置換時間を見積もることもできるが、アノードガス流量で漏れなどが生じた場合、ガス置換が十分に行われない可能性がある。これを防ぐため、本実施形態では、アノードガス流路の出口側に濃度検出器２５を設け、アノードガス流路が完全にアノードガスで置換されたことが検知できた後に高電位印加処理を開始するようにしている。
【００４５】
このように、アノードガス流路がアノードガスで満たされていることを確認するようにすれば、高電圧印加処理時のカソード電極の電位設定を正確に行うことができ、カソード電極を不用意な高電位にさらすことがなくなるので、カーボン腐食や白金の溶出も回避することができる。
図６にしたがって、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、図６のフローチャートは、図４のフローチャートと比較して、Ｓ１３の処理が追加されただけであるので、図４のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。  まず、制御部２４が外部装置から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部２４は燃料電池の起動処理を開始する（Ｓ１１）。制御部２４は流量調整器２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始する（Ｓ１２）。
【００４６】
制御部２４は、濃度検出器２５によって検出されるアノードガス流路の出口ガス濃度が所定の濃度に達したか否かを判断する（Ｓ１３）。検出されるアノードガス流路の出口ガス濃度が所定の濃度に達していなければ（Ｓ１３：所定濃度以下）、その濃度が所定の濃度に達するまで待ち、その濃度が所定の濃度に達したら（Ｓ１３：所定濃度以上）、第１実施形態で記載したと同様の高電位印加処理を開始する（Ｓ１４）。制御部２４は、カソード電極１４４Ｂに所定時間、規定の高電圧を印加したら、高電圧印加処理を終了する（Ｓ１５）。
【００４７】
制御部２４は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器２２、２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始すると共にカソードガス（酸素含有ガス）の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する（Ｓ１６）。
［第３実施形態］
図７及び図８は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図７は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図８は図７に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
【００４８】
第１実施形態と第３実施形態とでは、図７において、アノードガスの供給流路に、供給経路に流れているアノードガスの濃度を検出する供給濃度検出器２６を設け、アノードガスの排気流路に、排気流路に流れているアノードガスの濃度を検出する排気濃度検出器２７を設けている点だけが異なっている。なお、供給濃度検出器２６は供給濃度検出手段として、排気濃度検出器２７は排気濃度検出手段としてそれぞれ機能する。その外の構成要素は図３と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。
【００４９】
供給濃度検出器２６と排気濃度検出器２７は、アノードガスの供給流路における濃度とアノードガスの排気流路における濃度との比を求めるために設けている。
【００５０】
本実施形態でこれらの濃度検出器２６、２７を設けているのは、次のような理由からである。
【００５１】
第２実施形態のように、アノードガス流路の出口だけにしか濃度検出器を設けなかった場合、濃度検知器の不具合の発生により高電位印加処理の実行が不可能になったり、高電位印加処理により触媒劣化を起こしたりする可能性がある。本実施形態では、このような不具合を避けるために、二つの濃度検出器を設けている。本実施形態では、アノードガス流路が完全にアノードガスで置換されたか否かを、供給濃度検出器２６と排気濃度検出器２７で検出されるアノードガスの濃度の比に基づいて判断している。
【００５２】
このように、アノードガス流路がアノードガスで満たされていることを確認するようにすれば、高電圧印加処理時のカソード電極の電位設定を正確に行うことができ、カソード電極を不用意な高電位にさらすことがなくなるので、カーボン腐食や白金の溶出も回避することができる。
図８にしたがって、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、図８のフローチャートは、図６のフローチャートと比較して、Ｓ２３の処理が異なるだけであるので、図６のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。  まず、制御部２４が外部装置から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部２４は燃料電池の起動処理を開始する（Ｓ２１）。制御部２４は流量調整器２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始する（Ｓ２２）。
【００５３】
制御部２４は、供給濃度検出器２６と排気濃度検出器２７で検出されるアノードガスの濃度を求め、検出されたアノードガスの濃度比を求める。そして、制御部２４は、求めた濃度比が所定比に達したか否かを判断する（Ｓ２３）。求めた濃度比が所定比（たとえば１）に達していなければ（Ｓ２３：所定比以下）、その濃度比が所定の濃度比に達するまで待ち、所定比に達したら（Ｓ２３：所定比以上）、第１実施形態で記載したと同様の高電位印加処理を開始する（Ｓ２４）。制御部２４は、カソード電極１４４Ｂに所定時間、規定の高電圧を印加したら、高電圧印加処理を終了する（Ｓ２５）。
【００５４】
制御部２４は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器２２、２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始すると共にカソードガス（酸素含有ガス）の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する（Ｓ２６）。
［第４実施形態］
図９及び図１０は、本発明の第４実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。
図９は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図１０は図９に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
【００５５】
第１実施形態と第４実施形態とでは、図９において、アノードガスの排気流路に、アノードガスの流通を遮断するためのガス遮断弁２８を設けている点だけが異なっている。なお、ガス遮断弁２８は遮断手段として機能する。その外の構成要素は図３と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。
【００５６】
ガス遮断弁２８はアノードガスの排気経路の出口側から拡散流入してくるガスを完全に遮断するために設けている。つまり、アノードガス流路が完全にアノードガスで置換された状態を維持するために設けている。本実施の形態のように、ガス遮断弁２８でアノードガス流路を強制的に遮断してしまえば、高電位印加処理中でもアノードガスを供給し続けることなく、アノードガスの排気経路の出口側から流入してくるガスを阻止できるので、アノードガスの消費を節減することができる。
図１０にしたがって、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、図１０のフローチャートは、図４のフローチャートと比較して、Ｓ３３とＳ３６の処理が追加されただけであるので、図４のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。  まず、制御部２４が外部装置から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部２４は燃料電池の起動処理を開始する（Ｓ３１）。制御部２４は流量調整器２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始する。アノードガスの供給時間は第１実施形態で説明したように予め定められており、アノードガス流路１８がアノードガスで完全に置換されるまでアノードガスが供給し続けられる（Ｓ３２）。アノードガスの供給が終了したら、制御部２４はアノード出口側のガス遮断弁２８を閉じる（Ｓ３３）。制御部２４はガス遮断弁２８を閉じたら第１実施形態で記載したと同様の高電位印加処理を開始する（Ｓ３４）。制御部２４は、カソード電極１４４Ｂに所定時間、規定の高電圧を印加したら、高電圧印加処理を終了する（Ｓ３５）。制御部２４は高電圧印加処理が終了したらガス遮断弁２８を開く（Ｓ３６）。
【００５７】
制御部２４は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器２２、２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始すると共にカソードガス（酸素含有ガス）の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する（Ｓ３７）。
［第５実施形態］
図１１及び図１２は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図１１は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図１２は図１１に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
【００５８】
第２実施形態と第５実施形態とでは、図１１において、アノードガスの排気流路に、アノードガスの流通を遮断するためのガス遮断弁２８を設けている点だけが異なっている。なお、ガス遮断弁２８は遮断手段として機能する。その外の構成要素は図５と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。
図１２にしたがって、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、図１２のフローチャートは、図６のフローチャートと比較して、Ｓ４４とＳ４７の処理が追加されただけであるので、図６のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。  まず、制御部２４が外部装置から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部２４は燃料電池の起動処理を開始する（Ｓ４１）。制御部２４は流量調整器２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始する（Ｓ４２）。
【００５９】
制御部２４は、濃度検出器２５によって検出されるアノードガス流路の出口ガス濃度が所定の濃度に達したか否かを判断する（Ｓ４３）。検出されるアノードガス流路の出口ガス濃度が所定の濃度に達していなければ（Ｓ４３：所定濃度以下）、その濃度が所定の濃度に達するまで待ち、その濃度が所定の濃度に達したら（Ｓ４３：所定濃度以上）、制御部２４はアノード出口側のガス遮断弁２８を閉じる（Ｓ４４）。次に、制御部２４は第１実施形態で記載したと同様の高電位印加処理を開始する（Ｓ４５）。制御部２４は、カソード電極１４４Ｂに所定時間、規定の高電圧を印加したら、高電圧印加処理を終了する（Ｓ４６）。制御部２４は高電圧印加処理が終了したらガス遮断弁２８を開く（Ｓ４７）。
【００６０】
制御部２４は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器２２、２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始すると共にカソードガス（酸素含有ガス）の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する（Ｓ４８）。
［第６実施形態］
図１３及び図１４は、本発明の第６実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図１３は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図１４は図１３に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
【００６１】
第３実施形態と第６実施形態とでは、図１３において、アノードガスの排気流路に、アノードガスの流通を遮断するためのガス遮断弁２８を設けている点だけが異なっている。なお、ガス遮断弁２８は遮断手段として機能する。その外の構成要素は図７と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。
図１３にしたがって、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、図１４のフローチャートは、図８のフローチャートと比較して、Ｓ５４とＳ５７の処理が追加されただけであるので、図８のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。  まず、制御部２４が外部装置から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部２４は燃料電池の起動処理を開始する（Ｓ５１）。制御部２４は流量調整器２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始する（Ｓ５２）。
【００６２】
制御部２４は、供給濃度検出器２６と排気濃度検出器２７で検出されるアノードガスの濃度を求め、検出されたアノードガスの濃度比を求める。そして、制御部２４は、求めた濃度比が所定比に達したか否かを判断する（Ｓ５３）。求めた濃度比が所定比（たとえば１）に達していなければ（Ｓ５３：所定比以下）、その濃度比が所定の濃度比に達するまで待ち、所定比に達したら（Ｓ５３：所定比以上）、
制御部２４はアノード出口側のガス遮断弁２８を閉じる（Ｓ５４）。次に、制御部２４は第１実施形態で記載したと同様の高電位印加処理を開始する（Ｓ５５）。制御部２４は、カソード電極１４４Ｂに所定時間、規定の高電圧を印加したら、高電圧印加処理を終了する（Ｓ５６）。制御部２４は高電圧印加処理が終了したらガス遮断弁２８を開く（Ｓ５７）。
【００６３】
制御部２４は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器２２、２３を開き燃料電池スタック１にアノードガス（水素）の供給を開始すると共にカソードガス（酸素含有ガス）の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する（Ｓ５８）。
【００６４】
以上の第１実施形態から第６実施形態として示した燃料電池の制御装置は車両に搭載することができる。燃料電池を自動車に搭載する場合、さまざまな環境下での発電が想定され、コンタミが多い環境でも安定した発電性能が得られなければならない。コンタミをフィルタなどで捕集することによって触媒の被毒を回避する手段も考えられるが、自動車の搭載スペースは限られ、定期メンテナンスも必要となるため、従来の燃料電池システムにそのまま適用可能な本発明による回復手段は、特に燃料電池自動車に対して有効性が大きい。したがって、本発明の燃料電池の制御装置を車両に搭載すれば、カソード触媒の劣化を容易に防止でき、長期に渡り安定した性能を発揮する車両を得ることができる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されることはない。また、当該実施例において、「％」の表示は特記しない限り質量百分率を表わすものとする。
（電極触媒層の作成）
電極触媒層の作製は以下のように行った。
【００６６】
カーボン担体１として、ｄ００２格子面間隔が３．５２Å、ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇのものを用い、また、カーボン担体２として、ｄ００２格子面間隔が３．６５Å、ＢＥＴ比表面積が８６０ｍ２／ｇのものを用いた。
【００６７】
Ｐｔ担持カーボン粉末（カーボン担体１使用時は、Ｐｔ担持量：４８．１％、Ｐｔ平均粒子径：４．３ｎｍ、カーボン担体２使用時は、Ｐｔ担持量：４７．７％、Ｐｔ平均粒子径：３．４ｎｍ）の重量に対して５倍量の精製水を加えた後、０．５倍量のイソプロピルアルコールを加え、さらにはＮａｆｉｏｎの重量が０．８倍量になるようにＮａｆｉｏｎ溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ社製５ｗｔ．％Ｎａｆｉｏｎ含有）を加えた。混合スラリーを超音波ホモジナイザでよく分散させ、それに続いて減圧脱泡操作を加えることによって触媒インクを作製した。これをガス拡散層（ＧＤＬ）であるカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）の片面にスクリーン印刷法によって所定量の触媒インクを印刷し、６０℃で２４時間乾燥させることにより電極層を作製した。
（ＭＥＡの製作）
ＭＥＡ（膜―電極接合体）の作製については触媒を塗布した面を電解質膜に合わせて１４０℃、１．８ＭＰａで１５分間ホットプレスを行うことによりＭＥＡを作製した。
参考例、実施例ともに使用したＭＥＡはＰｔ使用量を見かけの電極面積１ｃｍ２あたりアノードでは０．３ｍｇ、カソードでは０．５ｍｇとし、電極面積は２５ｃｍ２とした。また、電解質膜としてＮａｆｉｏｎ１１２（厚さ：約５０μｍ）を用いた。
（実施例セル評価）
作製したＭＥＡを用いて燃料電池単セルを構成し、起動停止回数に対するセル電圧変化からセル発電性能の評価を以下のような方法で行った。
【００６８】
燃料電池のアノード側には燃料として水素を供給し、カソード側にはホコリなどを取り除くためナイロンフィルタを通した大気またはボンベより供給される合成空気を供給した。いずれのガスも供給圧力は大気圧とし、燃料電池本体の温度は７０℃に設定し、水素利用率は６７％、空気利用率は４０％として、電流密度を０．２Ａ／ｃｍ２一定で所定時間運転したときのセル電圧の変化を調べた。停止時にはカソードは空気の供給を停止し、カソードガスとして大気を使用したときには出口側を大気開放とし、カソードガスとして合成空気を使用した場合には、合成空気を少量（２０ｍｌ／ｍｉｎ）流通させた。セルは１０分間で室温付近まで水冷され、その後再起動する場合には、まず始めにアノードに水素を供給し、燃料ガスのパージが終了した後、カソードガスは停止時の状態のままで高電位印加処理を開始した。処理条件はセル電圧１．１５Ｖ、処理時間は１０秒とした（ラフネスファクターＲ＝３３０、α＝０．０３）。高電位印加処理を終了した後、カソードガスの供給を開始して発電運転を開始した。電流密度を０．２Ａ／ｃｍ２一定で運転したときのセル電圧の変化から、触媒性能の変化を調べた。
実施例１
実施例１では、カソードガスとして大気を、カソードカーボン担体としてカーボン担体１を用い、起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を測定した。
実施例２
実施例２では、カソードガスとして合成空気を、カソードカーボン担体としてカーボン担体１を用い、起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を測定した。
実施例３
実施例３では、カソードガスとして合成空気を、カソードカーボン担体としてカーボン担体２を用い、起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を測定した。
（参考例セル評価）
停止後の起動動作は通常の起動動作と同様に行うこと以外は同様に電流密度を０．２Ａ／ｃｍ２一定で運転したときのセル電圧の変化から触媒性能の変化を調べた。
参考例１
参考例１ではカソードガスとして大気を、カソードカーボン担体としてカーボン担体１を用い、起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を測定した。
参考例２
参考例２ではカソードガスとして合成空気を、カソードカーボン担体としてカーボン担体１を用い、起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を測定した。
【００６９】
図１５は、起動時に本発明に係る燃料電池の制御方法を実行した場合（実施例１〜３）と起動時に本発明に係る燃料電池の制御方法を実行せずに通常の制御を行った場合（参考例１、２）における、起動停止回数に対するセル電圧の変化を示した図である。
【００７０】
参考例１と参考例２とを比較すると、カソードガスとして大気を用いた参考例１の方が、起動停止回数に対するセル電圧の低下幅が大きい。参考例２でも幾分のセル電圧の低下が見られるが、これはコンタミ被毒以外の劣化要因、例えば起動停止動作によって引き起こされるＰｔ溶出やカーボン腐食によるものであると考えられる。
【００７１】
参考例１と同じセル構成及びカソードガスを用いて、起動時に高電位印加処理を行う実施例１の場合、参考例１の結果と比べ起動停止回数に対するセル電圧の低下幅がかなり小さくなることがわかった。このことから、高電位印加処理によって大気由来でカソードの白金に強吸着したコンタミ成分が取り除かれたことにより発電性能が回復したと考えられる。
【００７２】
参考例２と同じ単セル構成及びカソードガスを用いて起動時に高電位印加処理を行う実施例２の場合、参考例２の結果と比べ起動停止回数に対するセル電圧の低下幅はほとんど変わらないことがわかった。このことから、本セル構成では高電位印加処理を行っても有意な触媒の劣化は起こらないことがわかった。
【００７３】
実施例２と比較してカソード触媒の担体種だけが異なる実施例３の場合、実施例２に比べ明らかに起動停止回数に対するセル電圧の低下幅が大きいことがわかった。これは、カーボン担体１に比べて比表面積が大きく、ｄ００２格子面間隔が大きい、つまりカーボン担体２の方が、黒鉛化度が低く、耐腐食性が低いために高電位印加処理によってカーボン腐食が進行しカソード触媒が劣化したことに起因すると考えられる。
以上より、起動時に高電位印加処理を実行することにより、カソードのコンタミ被毒による発電性能の低下が回復できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、カソード触媒層に吸着しているコンタミ成分を効果的に除去することができるため、将来的に燃料電池の寿命向上に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。
【図４】図３に示した制御部の動作フローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。
【図６】図５に示した制御部の動作フローチャートである。
【図７】第３実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。
【図８】図７に示した制御部の動作フローチャートである。
【図９】第４実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。
【図１０】図９に示した制御部の動作フローチャートである。
【図１１】第５実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。
【図１２】図１１に示した制御部の動作フローチャートである。
【図１３】第６実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。
【図１４】図１３に示した制御部の動作フローチャートである。
【図１５】起動時に本発明に係る燃料電池の制御方法を実行した場合（実施例１〜３）と起動時に本発明に係る燃料電池の制御方法を実行せずに通常の制御を行った場合（参考例１、２）における、起動停止回数に対するセル電圧の変化を示した図である。
【符号の説明】
【００７６】
１    燃料電池スタック、
２    セル、
３    積層体、
４    集電板、
５    絶縁板、
６    エンドプレート、
７    タイロッド、
８      アノードガス供給口、
９    アノードガス排出口、
１０    カソードガス供給口、
１１    カソードガス排出口、
１２    冷却水供給口、
１３    冷却水排出口、
１５    セパレータ、
１５Ａ    アノードセパレータ、
１５Ｂ    カソードセパレータ、
１６    凸条部、
１６Ａ    凸部、
１６Ｂ    凸部、
１７    凹条部、
１７Ａ    凹部、
１７Ｂ    凹部、    １８    アノードガス流路、
１９    カソードガス流路、
２０    セル電圧計、
２１    電圧印加部、
２２    流量調整器、
２３    流量調整器、
２４    制御部、
２５    濃度検出器、
２６    供給濃度検出器、
２７    排気濃度検出部、
２８    ガス遮断弁
１４１    固体高分子電解質膜、
１４２Ａ    アノード触媒層、
１４２Ｂ    カソード触媒層、
１４３Ａ    ガス拡散層、
１４３Ｂ    ガス拡散層、    １４４Ａ    アノード電極、
１４４Ｂ    カソード電極。
【図１】
2007066582.tif 000003
【図２】
2007066582.tif 000004
【図３】
2007066582.tif 000005
【図４】
2007066582.tif 000006
【図５】
2007066582.tif 000007
【図６】
2007066582.tif 000008
【図７】
2007066582.tif 000009
【図８】
2007066582.tif 000010
【図９】
2007066582.tif 000011
【図１０】
2007066582.tif 000012
【図１１】
2007066582.tif 000013
【図１２】
2007066582.tif 000014
【図１３】
2007066582.tif 000015
【図１４】
2007066582.tif 000016
【図１５】
2007066582.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月18日(2005.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007066582.tif 000018
【図２】
2007066582.tif 000019
【図３】
2007066582.tif 000020
【図４】
2007066582.tif 000021
【図５】
2007066582.tif 000022
【図６】
2007066582.tif 000023
【図７】
2007066582.tif 000024
【図８】
2007066582.tif 000025
【図９】
2007066582.tif 000026
【図１０】
2007066582.tif 000027
【図１１】
2007066582.tif 000028
【図１２】
2007066582.tif 000029
【図１３】
2007066582.tif 000030
【図１４】
2007066582.tif 000031
【図１５】
2007066582.tif 000032